大麥(學(xue)名:Hordeum vulgare L.),俗(su)稱(cheng)三(san)月(yue)黃,禾本科植物,是一種(zhong)主(zhu)要(yao)的(de)糧食和飼料作物,也是釀造啤酒的(de)主(zhu)要(yao)原料。作為工農業生(sheng)產的(de)重(zhong)要(yao)谷類作物,其(qi)總產量排在玉米、水稻(dao)、小麥之后列第4位,種(zhong)植面(mian)積(ji)約達53萬(wan)平方公里,在我國也曾是栽(zai)培面(mian)積(ji)達一億畝以上(shang)的(de)重(zhong)要(yao)農作物之一。
大麥(mai)是第一個被馴化的(de)(de)谷類(lei)作物,因(yin)(yin)其(qi)(qi)早熟和高度抗逆性(包括耐寒、耐旱、耐鹽(yan)堿等)而在世界范圍內(nei)廣泛(fan)種植(zhi)。其(qi)(qi)二倍體特性使其(qi)(qi)成(cheng)為(wei)(wei)(wei)麥(mai)類(lei)作物基因(yin)(yin)組(zu)(zu)研究的(de)(de)重(zhong)要材料(liao)。經過基因(yin)(yin)測(ce)序(xu),大麥(mai)基因(yin)(yin)組(zu)(zu)全長5.1 Gb,約為(wei)(wei)(wei)水稻基因(yin)(yin)組(zu)(zu)的(de)(de)11倍,幾(ji)乎是人類(lei)基因(yin)(yin)組(zu)(zu)的(de)(de)兩(liang)倍。2017年4月27日,Nature期刊(kan)以Article的(de)(de)文(wen)(wen)章形(xing)式(shi)題為(wei)(wei)(wei)“A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome”(論文(wen)(wen)鏈(lian)接://dx.doi.org/10.1038/nature22043)公布了國(guo)際(ji)大麥(mai)測(ce)序(xu)聯盟(IBSC)在大麥(mai)基因(yin)(yin)組(zu)(zu)精細(xi)圖(tu)譜(pu)研究上(shang)取得的(de)(de)重(zhong)大研究成(cheng)果,該文(wen)(wen)被列為(wei)(wei)(wei)自然雜志當期的(de)(de)封面文(wen)(wen)章,張(zhang)國(guo)平教授團(tuan)隊參與完成(cheng)的(de)(de)大麥(mai)基因(yin)(yin)組(zu)(zu)研究成(cheng)果,為(wei)(wei)(wei)該論文(wen)(wen)的(de)(de)共同通(tong)訊作者。
隨著大麥基因組的不斷深入研究,科學家們針對大麥優良基因的遺傳改良從未停止,因為表型以及表型組學技術的逐漸成熟,越來越多的課題研究組在現有的分子生物學、遺傳學等技術基礎之上,采用了更為先進的方法,更高效的對大麥的表型或者性狀進行研究與分析。Christian Klukas課題組在德國著名的研究機構—植物遺傳與作物植物研究所(IPK)的萊布尼茨研究所,利用高通量的表型平臺進行了大麥的表型以及生理的研究。大麥在干旱條件下(見下圖),其株高會降低、分蘗數減少,而復水處理之后,其株高、分蘗數表型會得到明顯的回復,利用表型平臺的成像數據,在這篇研究文章中,大家可以明顯看到干旱和復水處理之后,不同時期的表型成像分析:在可見光成像下,進行植株高度及其動態變化、生物量及有效分蘗數的分析;在近紅外成像下,觀測植株含水分布情況;在熒光成像下,監測植株的生理變化。該工作發表在植物學領域的著名期刊 The Plant Cell上。
文獻來源:Dijun Chen, Christian Klukasa et al., The Plant Cell(2014)
文獻來源:Dijun Chen, Christian Klukasa et al., The Plant Cell(2014)
利用(yong)高通量的表(biao)型(xing)平臺,大麥的許多參數都(dou)可以得(de)到很好的測定與分析(xi),小(xiao)編(bian)為大家小(xiao)結不同研(yan)究領(ling)域的主(zhu)要參數類型(xing),如下:
大麥(mai)株(zhu)型研究(jiu)領(ling)域重點關注的參數:植物冠層寬度、垂直高(gao)度、緊密度、對稱性、投(tou)影葉面(mian)積(ji)、空間體積(ji)、植物結構、葉角度、節間長度。
大麥對生物脅迫反應的領域重點關注的參數(shu):垂直高度、投影(ying)葉面(mian)積、空(kong)間體積、葉顏色、葉病(bing)斑、植物結構、葉角度、節(jie)間長(chang)度。
大麥對非生物脅迫反應的(de)領域重(zhong)點關注的(de)參數(shu):整株(zhu)相對含水量(liang)分(fen)布、植物結構、葉(xie)角度、節(jie)間長度、葉(xie)長、垂(chui)直高度、投(tou)影(ying)葉(xie)面積(ji)(ji)、空間體積(ji)(ji)、葉(xie)顏色(se)、投(tou)影(ying)葉(xie)面積(ji)(ji)、空間體積(ji)(ji)。
大麥產量(liang)研(yan)究領(ling)域重點關注(zhu)的參數(shu):植物(wu)冠層寬度、垂直高度、空間體積(生物(wu)量)等。
除此之外,還有更多(duo)的種子選育(yu)技術,可以(yi)進一(yi)步對大麥種子進行成熟度檢(jian)測、性(xing)狀檢(jian)測。
背景資(zi)料:
? LemnaTec表型平(ping)臺
上述文章中的課題組(zu)進行圖像(xiang)(xiang)采集與分析,主要(yao)使(shi)用(yong)的是LemnaTec的表型成像(xiang)(xiang)平臺—Greenhouse Scanalyzer 3D。如下(xia)圖,LemanTec完全可根據實驗需求,進行定制(zhi)化的設計與生(sheng)產。
? 德國IPK研究所(suo)
萊布(bu)尼(ni)(ni)茲(zi)植(zhi)物遺傳與作物植(zhi)物研(yan)究所(suo)(IPK)是非營利性研(yan)究機構,也是威廉(lian)·萊布(bu)尼(ni)(ni)茲(zi)協會(WGL)的(de)成員。該(gai)研(yan)究所(suo)是德國(guo)中部生(sheng)物技術園區加(jia)泰派生(sheng)的(de)發起者(zhe)和(he)中心。
作(zuo)為國際知名(ming)的植物研(yan)究中心,IPK重(zhong)點(dian)關注基礎和應用領域的現代生(sheng)物學問(wen)題(ti),重(zhong)點(dian)研(yan)究栽(zai)培植物。 研(yan)究領域包括:
? 植物遺傳資源的管(guan)理(li),分析和演變
? 細胞和分子基因組分析(xi)
? 分子(zi)與(yu)發育生理學(xue)
? 應(ying)用生理學和細(xi)胞生物學
IPK的核心研(yan)究(jiu)問題是研(yan)究(jiu)野生和(he)栽培(pei)植(zhi)物(wu)的遺傳多樣性,目的在農(nong)業(ye)部門更有效和(he)更廣泛地利用(yong)這些方法和(he)植(zhi)物(wu)材料,而(er)且進(jin)一步開(kai)發新(xin)的改進(jin)的生物(wu)材料。IPK的表型圖像(xiang)分(fen)析的課題組,做了不少關于(yu)玉米、擬南芥等(deng)植(zhi)物(wu)的表型研(yan)究(jiu),下面(mian)是他(ta)們(men)近兩年(nian)發表的文章(zhang)。(來(lai)源(yuan)://www.ipk-gatersleben.de/en/molecular-genetics/image-analysis/publications/)